Alle Kategorien
Suche

Was ist ein Halbleiter? - Eine Erklärung

Halbleiter sind unerlässlich für moderne Technologien wie Computer- oder Solartechnik. Die Erklärung beruht zwar auf quantenmechanischen Regeln, es gibt aber ein einfaches Modell, mit dem das Prinzip gut zu verstehen ist.

Halbleiter sind besonders für die Computertechnik wichtig.
Halbleiter sind besonders für die Computertechnik wichtig.

Wann ein Körper leitet und wann nicht

  • Einfach betrachtet gibt es zwei Möglichkeiten: Ein Festkörper leitet Strom oder er tut es nicht. Oder anders gesagt: Der Körper ist ein elektrischer Leiter oder ein Isolator.
  • Zunächst sollten Sie verstehen, dass die Erklärung der elektrischen Leitfähigkeit auf dem quantenmechanischen Bändermodell basiert. Die Bänder entsprechen energetischen Niveaus, in denen sich die Elektronen des Festkörpers aufhalten (in Molekülen spricht man von Orbitalen). In den energetisch tiefer liegenden Bändern liegen Elektronen, die sich nahe am Kern befinden und aufgrund der elektrostatischen Anziehung weniger beweglich sind. Energetisch höher liegende Bänder werden von Valenzelektronen besetzt, die beweglicher sind - dieses Band heißt Valenzband. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden die Elektronen aus dem Valenzband in das darüberliegende, zuvor unbesetzte Leitungsband angeregt. Durch die Elektronen im Leitungsband entsteht die elektrische Leitfähigkeit eines Festkörpers.
  • Es gibt Festkörper, in denen zwischen Valenz- und Leitungsband eine große Lücke liegt, in der aufgrund quantenmechanischer Verbote keine Elektronen liegen dürfen. Diese Bandlücke ist so groß, dass bei Anlegen eines elektrischen Feldes (auch nicht durch zusätzliche energetische Anregung wie Wärme) die Elektronen nicht ins Leitungsband treten können. Bei diesen Festkörpern handelt es sich um Isolatoren.

Was ein Halbleiter ist

  • Nun sollten Sie wissen, dass Halbleiter Festkörper sind, die sowohl als elektrischer Leiter, als auch als Isolator (also Nichtleiter) betrachtet werden können.
  • Die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern ist in der Regel abhängig von der Temperatur. 
  • Halbleiter besitzen zwar eine Bandlücke, diese ist aber kleiner als bei Isolatoren. 
  • Damit ein Halbleiter elektrischen Strom leitet, müssen die Elektronen eine bestimmte Energie überschreiten, um in das Leitungsband zu treten. Diese Energie heißt Fermi-Energie oder ist auch als Fermikante bekannt.
  • Eine Möglichkeit, die Fermi-Energie zu überschreiten, ist thermische Anregung (d. h. Temperaturerhöhung). Die höhere Energie der Elektronen resultiert in einer höheren Beweglichkeit.
  • Bei welcher Temperatur ein Halbleiter elektrischen Strom leitet, ist abhängig vom Material.
  • Wichtige Beispiele für Halbleiter, die Sie kennen sollten, sind Silicium, Germanium und Galliumarsenid.
Teilen: